Россия
Россия
Россия
Россия
Рассматриваются вопросы геологического контроля за динамикой пластовых условий в процессе разработки месторождений углеводородов, ключевые методы глубинных исследований, включая промыслово-геофизические, газогидродинамические и термометрические исследования, а также исследование физико-химических свойств пластовых флюидов. Особое внимание уделено методам интегрированного моделирования, которые позволяют эффективно анализировать геологическую структуру и свойства месторождений, создавать трехмерные модели, прогнозировать динамику залежей, а также оптимизировать параметры добычи и оценивать экономическую эффективность. Подчеркивается важность применения современных технологий для точного прогноза и оценки рисков в геолого-промысловом анализе, а также для повышения эффективности управления разработкой. Рассматриваются преимущества использования численного моделирования, искусственного интеллекта и машинного обучения при интерпретации данных, полученных в ходе исследований. Эти методы способствуют более глубокому пониманию процессов, происходящих в недрах, и позволяют формировать обоснованные рекомендации по регулированию системы разработки. Отмечается значимость комплексного подхода к анализу, сочетающего геофизические, химические, физические и экономические данные, что обеспечивает высокую точность построения моделей. Подчеркивается, что современный геолого-промысловый анализ представляет собой мощный инструмент, направленный на достижение максимального извлечения углеводородов при соблюдении требований экологической и технологической безопасности.
геолого-промысловый анализ, интегрированное моделирование, контроль за системой разработки, динамическая модель залежи, потери по переходящему фонду
Введение
Условия извлечения нефти и газа (газоконденсата) из недр определяются геолого-промысловой характеристикой эксплуатационных объектов, системой и режимом разработки. От того, насколько система и режим разработки соответствуют геолого-промысловой характеристике эксплуатационного объекта, зависит эффективность процесса извлечения запасов нефти, газа, газоконденсата. Следовательно, главная практическая задача геолого-промысловых исследований при разработке – обоснование изменений в системе разработки, распределение отборов нефти, газа (жидкости), закачки воды (газа) из различных участков залежи в зависимости от их геолого-промысловой характеристики [1]. Целью этого является обеспечение достаточно высоких текущих показателей разработки и максимально возможного извлечения нефти, газа, газоконденсата из недр.
Геолого-промысловые исследования включают геолого-промысловые контроль за разработкой и анализ полученных данных [2].
Под системой геолого-промыслового анализа в рамках данной статьи понимается совокупность мероприятий и технологий, направленных на интеграцию геолого-промыслового контроля, математического моделирования, методов искусственного интеллекта и машинного обучения, а также автоматизация и анализ экономических параметров. Эта система служит для обеспечения всестороннего понимания состояния месторождения и обоснованного принятия решений по его дальнейшей разработке. Таким образом, геолого-промысловый контроль является важнейшей, но не единственной, составляющей системы анализа, охватывающей так же интерпретацию данных, прогнозирование, оптимизацию и оценку эффективности.
Геолого-промысловый контроль: сущность и назначение
Геолого-промысловой контроль представляет собой одну из ключевых составных частей системы геолого-промыслового анализа, обеспечивая первичное получение данных, на основе которых формируются дальнейшие этапы интерпретации, моделирования и оптимизации разработки.
Геолого-промысловый контроль – это получение и первичная обработка информации о характере и динамике изменения в процессе промышленной разработки условий извлечения нефти, газа, газоконденсата в пласте по отдельным скважинам в процессе эксплуатации с целью детального изучения разрабатываемых залежей для уточнения их геологического строения и по всестороннему исследованию процессов извлечения нефти и газа из продуктивных пластов.
Результаты геолого-промыслового контроля являются основой геолого-промыслового анализа разработки [3]. Мероприятия по геолого-промысло-
вому контролю при разработке включают: получение новых данных о геологическом строении эксплуатационных объектов; геологический контроль за режимом работы скважин и изменением пластовых условий выработки нефти, газа, газоконденсата.
В процессе промышленного разбуривания и эксплуатации залежей накапливаются новые данные, уточняющие и дополняющие прежние представления о геологическом строении эксплуатационных объектов. Поэтому необходимо проводить регулярный учет этих данных для детализации геологического строения эксплуатационных объектов в течение всего срока разработки.
Построение модели залежи
Основной целью контроля за разработкой является создание близкой к действительности модели залежи и процесса ее разработки, позволяющей осуществить ее рациональную систему [4].
Под моделью залежи понимается систематизированная информация, описывающая:
1) геометрию резервуара залежи, т. е. пространственное распределение фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС), закономерности их изменения, взаимосвязи, анизотропию, погрешности прогнозирования и т. д. [5];
2) распределение в пространстве различных флюидальных фаз (нефти, газа и воды), их физико-химических свойств (плотности, вязкости, газонасыщенности, давления насыщения, коэффициента светопоглощения и др.), содержания микроэлементов (Cо, Ni и др.);
3) распределение давления в пласте, направления и скорости перемещения нефти и других флюидов на разных участках залежи, дебитов скважин и пластов по нефти, газу и воде в любой момент времени;
4) положение поверхностей водо-, газонефтяного и газоводяного контактов (ВНК, ГНК и ГВК), контуров нефтеносности, фронта закачиваемой воды и динамической переходной зоны в реальном масштабе времени;
5) закономерности и количественные зависимости между наблюдаемыми явлениями и фактами, позволяющие:
– устанавливать причинные связи;
– восстанавливать более полную (связную) картину процесса разработки при отсутствии некоторых сведений;
– с той или иной степенью достоверности прогнозировать поведение залежи;
– более обосновано п ланировать мероприятия, направленные на реализацию рациональной системы разработки.
Модель залежи представляется в виде карт, профилей, таблиц, графических зависимостей, формул (уравнений), текстового описания.
Методы глубинных исследований
Основной информацией для геологического контроля за динамикой пластовых условий являются данные глубинных исследований скважин и пластов. К наиболее широко осуществляемым видам глубинных исследований в процессе разработки относятся промыслово-геофизические и газогидродинамические исследования скважин и пластов, исследования физико-химических свойств пластовых флюидов и физических свойств пласта по данным отбора пластовых проб флюидов и породы [6]. Основные методы и их характеристики приведены в таблице.
Основные методы глубинных исследований и их характеристики
The main methods of in-depth research and their characteristics
|
Метод |
Назначение |
Получаемые параметры |
|
Промыслово-геофизические |
Определение границ залежей, |
ВНК, ГНК, ГВК, обводненность, нефтегазонасыщенность, |
|
Газогидродинамические |
Оценка фильтрационно-емкостных свойств пласта |
Пьезопроводность, гидропроводность, радиус дренирования |
|
Термометрические |
Обнаружение зон перетока, |
Температурные аномалии, |
|
Отбор глубинных проб |
Изучение свойств флюидов |
Газонасыщенность, плотность, |
Промыслово-геофизические методы применяют для определения текущего положения ВНК, ГВК, ГНК, обводненного интервала, текущей нефтегазонасышенности и работающей мощности пласта.
Газогидродинамические и термометрические исследования – снятие индикаторных кривых, кривых восстановления пластового, забойного давления, термограмм – дают информацию об изменении коэффициента продуктивности, пьезопроводности, гидропроводности, радиуса дренирования скважины [7].
Исследование на гидродинамическое взаимодействие скважин (гидропрослушивание) позволяет уточнить особенности геологического строения пласта: наличие литологических, тектонических и других экранов, зон слияния коллекторов различных пластов, тектонических разрывов – путей перетока жидкости, газа из пласта в пласт.
Отбор глубинных проб пластовых флюидов специальными (герметичными) пробоотборниками дает информацию об изменении физико-химических свойств пластовых флюидов (газонасыщенности, со-
держании конденсата, плотности, вязкости, минерализации и т. п.).
Интегрированное моделирование
Интегрированное моделирование является мощным инструментом для геолого-промыслового анализа, позволяющим объединить различные типы данных и информацию, полученную из различных источников, для создания более точного и детализированного представления о геологической структуре и свойстве месторождения [8].
В геолого-промысловом анализе интегрированное моделирование может быть использовано для:
1) создания трехмерных моделей геологической структуры и свойств месторождения, основываясь на данных, полученных из различных источников, таких как геофизические данные, экспериментальные результаты, исторические данные и т. д.;
2) анализа неустановленных параметров месторождения, таких как пористость, проницаемость, концентрация полезных ископаемых и т. д.;
3) моделирования динамики залежи (например, изменение свойств залежи под воздействием давления и температуры);
4) определения оптимизированных параметров добычи полезных ископаемых, таких как направление бурения, глубина и шаг бурения [9];
5) анализа рисков добычи и оценки потенциала месторождения;
6) создания прогнозных моделей добычи и оценки экономической эффективности добычи.
Инструменты интегрированного моделирования, используемые в геолого-промысловом анализе, могут включать системы:
1) моделирования геологической структуры, такие как RFD tNavigator, Petrel, Schlumberger's Eclipse, GOCAD и т. д.;
2) моделирования свойств месторождения, такие как STARS, CMG, TOUGH и т. д.;
3) моделирования добычи и оценки экономической эффективности, такие как ProMax, CMG, Schlumberger's ECLIPSE и т. д.;
4) интеграции данных, такие как Petrel, Schlumberger's Data Integration Platform, GOCAD и т. д. [10].
В результате геолого-промыслового анализа получается целостная и детальная информация о геологической структуре и свойствах залежи, что позволяет принимать осознанные решения в области разработки и добычи полезных ископаемых.
Для более точного и комплексного геолого-промыслового анализа также важным аспектом является использование методов, основанных на применении математических моделей и алгоритмов машинного обучения. Современные технологии обработки данных позволяют значительно улучшить точность прогнозирования, уменьшив ошибки при определении характеристик месторождения и повышая надежность прогнозных моделей.
Современные технологии и математические методы
Одним из актуальных направлений является использование методов искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения (МЛ) для анализа больших объемов данных, полученных в ходе глубинных исследований. Эти методы позволяют выявлять скрытые зависимости между различными параметрами пластов и флюидов, что значительно повышает эффективность прогнозирования изменений в геологических характеристиках и динамике пласта. Применение нейронных сетей, например, позволяет автоматизировать процесс интерпретации данных и предсказания поведения скважин в различных условиях эксплуатации.
Особое внимание стоит уделить моделированию геологических процессов на микро- и макроуровне. С помощью современных подходов можно анализировать пористость и проницаемость на уровне микроструктуры породы, что, в свою очередь, дает возможность более точно оценить эффективность процесса добычи, а также оптимизировать технологические параметры. В этом контексте актуальны методы численного моделирования, такие как метод конечных элементов (МКЭ), который позволяет учитывать различные физико-химические взаимодействия на самых разных уровнях.
Не менее важным аспектом является интеграция данных, получаемых не только с помощью традиционных методов исследования, но и с использованием дистанционного зондирования и спутниковых данных. Современные спутниковые технологии позволяют получать информацию о состоянии поверхности и экологических изменениях в реальном времени, что способствует улучшению контроля за безопасностью добычи и минимизации воздействия на окружающую среду.
Важным элементом анализа является также учет экономических факторов при моделировании разработки месторождения. Моделирование должно учитывать стоимость буровых работ, возможные инвестиции в разработку новых технологий и оборудования, а также риски, связанные с изменениями в рыночной стоимости нефти и газа. Это позволит не только улучшить технико-экономическое обоснование проектных решений, но и значительно повысить рентабельность разработки месторождений.
Таким образом, современный геолого-промысловый анализ включает в себя комплексный подход, объединяющий геофизические, химические, физические и экономические данные, что позволяет получить наиболее полное и точное представление о состоянии месторождения. Развитие технологий интегрированного моделирования и применения инновационных методов анализа, таких как ИИ и МЛ, открывает новые возможности для более эффективного и безопасного освоения природных ресурсов.
Интеграция данных и автоматизация
Важной составляющей системы геолого-промыслового анализа является интеграция данных различных типов и источников. Современные системы управления данными позволяют эффективно комбинировать геофизическую информацию, результаты буровых работ, данные гидродинамических исследований, а также результаты лабораторных анализов образцов флюидов и пород. Это дает возможность создать более полное представление о состоянии пласта, учитывать все изменения, происходящие в процессе эксплуатации месторождения, и принимать более обоснованные решения относительно методов разработки.
Особую роль в этом процессе играет использование новых технологий в области сенсорных систем и автоматизации. Развитие датчиков и систем мониторинга позволяет в реальном времени отслеживать динамику изменений в пластах, что является ключевым для своевременного реагирования на любые отклонения от прогнозируемых параметров. Применение беспилотных технологий и автоматических систем для проведения геофизических исследований также открывает новые горизонты для повышения точности и безопасности разведки.
Важной тенденцией в геолого-промысловом анализе является переход от отдельных исследовательских методов к комплексному подходу, который включает мультидисциплинарные исследования и тесное сотрудничество специалистов разных областей. Геологи, инженеры, специалисты по автоматизации и анализу данных объединяются для решения общих задач, что позволяет максимально эффективно использовать возможности каждого из методов и технологий.
Заключение
Система геолого-промыслового анализа представляет собой комплексный инструмент, объединяющий методы геолого-промыслового контроля, интегрированного моделирования, обработки больших данных, автоматизации и оценки экономической эффективности. Такой подход позволяет обеспечить всестороннее понимание состояния месторождения и повысить обоснованность принимаемых технических и управленческих решений.
Применение современных технологий, включая численное моделирование, методы ИИ и МЛ, способствует более точному прогнозированию динамики разработки и позволяет адаптировать проектные решения под изменяющиеся геолого-промысловые условия. Кроме этого, важную роль играет интеграция разнородных данных, получаемых на различных этапах разработки – от бурения и геофизических исследований до мониторинга добычи в реальном времени.
Развитие сенсорных технологий, автоматических систем сбора и обработки данных, а также применение беспилотных и дистанционных методов контроля, открывает новые возможности для повышения эффективности и экологической безопасности разработки месторождений.
Таким образом, внедрение системы геолого-промыслового анализа способствует переходу к более устойчивой, научно обоснованной и экономически эффективной разработке углеводородных ресурсов, что особенно важно в условиях возрастающих требований к технологической надежности и экологической ответственности.
1. Алексеев Р. А. Оптимизация процессов разработки месторождений углеводородов. Казань: КНИТУ, 2010. 265 с.
2. Новиков, А. М. Характеристика нефтегазовых пластов: Геолого-промысловый анализ. СПб.: Недра, 2012. 330 с.
3. Иванов А. П. Геолого-промысловый анализ разработки месторождений нефти и газа. М.: Недра, 2008. 320 с.
4. Кузнецов Д. А. Технологии контроля разработки нефтегазовых месторождений. Екатеринбург: УГГУ, 2012. 275 с.
5. Петров И. Н. Моделирование залежей нефти и газа. М.: Недра, 2009. 350 с.
6. Лебедев П. К. Физико-химические исследования пластовых флюидов. М.: Недра, 2007. 278 с.
7. Смирнов В. И. Геолого-технические мероприятия в разработке нефтяных месторождений. СПб.: Питер, 2010. 290 с.
8. Сидоров В. С. Интегрированное моделирование в геолого-промысловом анализе. М.: Наука, 2011. 310 с.
9. Федоров Н. В. Методы управления добычей нефти и газа. Уфа: Гилем, 2014. 310 с.
10. Михайлов Ю. П. Инструменты и методы интегрированного моделирования. М.: Техносфера, 2013. 295 с.
